以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)介紹

2003年6月以太網(wǎng)供電 (PoE) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布已成為因特網(wǎng)協(xié)議 (IP) 設(shè)備發(fā)展的有利條件。通過(guò)以太網(wǎng)同時(shí)提供專(zhuān)用設(shè)備所需的 13W 的電源和數(shù)據(jù)，從而降低了進(jìn)入的門(mén)檻，進(jìn)而使非常昂貴的解決方案變得可行。對(duì)諸如IP 攝像頭、無(wú)線接入點(diǎn)或IP 電話等設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施的安裝已變得如同在沖模 (punch block) 中截線一般簡(jiǎn)單。本文將以一種簡(jiǎn)單直接的方式講述 PoE 的基礎(chǔ)知識(shí)。

PoE 硬件可分為兩種類(lèi)型：為以太網(wǎng)鏈路提供電力的設(shè)備以及用電設(shè)備。為鏈路提供電力的設(shè)備我們稱(chēng)之為供電設(shè)備 (PSE) ，用電設(shè)備 (PD) 的名稱(chēng)也同樣非常好理解，即消耗以太網(wǎng)鏈路上電力的設(shè)備。本文將二者相互結(jié)合分別對(duì) PSE 和 PD 做了最佳評(píng)估。

乍一想，以太網(wǎng)供電似乎是一項(xiàng)微不足道的技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)電話在相同配線中同時(shí)提供電源和數(shù)據(jù)已有一百多年了。但是，對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，在人們想為其添加電力之前，其已經(jīng)有非常大的市場(chǎng)保有量。如果給現(xiàn)有的以太網(wǎng)線纜施加電壓，那么所有已部署的每一臺(tái)設(shè)備都可能會(huì)遭到損壞或破壞。為了避免這一缺陷，撰寫(xiě)該標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)小組開(kāi)發(fā)出了一種保護(hù)該設(shè)備的措施，從而可以向該設(shè)備施加電力。

向鏈路施加電壓之前，由 PSE 來(lái)完成檢測(cè)程序。PSE 通過(guò)使用至少兩個(gè)低壓和限流電平對(duì)鏈路進(jìn)行檢測(cè)，查找 PD 的特殊簽名（其為 25KΩ 的電阻斜率）。這些信號(hào)應(yīng)介于 2.8V～10V 之間，且不具備提供高于 5mA 電流的能力。在一定的條件下，該標(biāo)準(zhǔn)只需要兩個(gè)測(cè)試探針就可將無(wú)效簽名變成有效簽名。當(dāng)前最佳的實(shí)踐采用了三個(gè)（有時(shí)為四個(gè)）獨(dú)立的探針信號(hào)，這是標(biāo)準(zhǔn)所允許的探針信號(hào)數(shù)量。

如果 PSE 成功地檢測(cè)到一個(gè) PD，然后其可能會(huì)向鏈路供電。如果 PSE 沒(méi)有向鏈路供電，那么其必須在 400ms 內(nèi)再做一次同樣的檢測(cè)，或一直運(yùn)行該檢測(cè)程序。一旦向鏈路成功供電，則 PSE 必須對(duì)鏈路進(jìn)行監(jiān)控，以確保既不會(huì)發(fā)生過(guò)電流事件又可滿足 PD 所需電力的供應(yīng)。過(guò)電流的出現(xiàn)幾乎可以肯定要么連線出現(xiàn)了故障，要么 PD 出現(xiàn)了故障。然而，由于用戶(hù)為 PD 縛上了一個(gè)本地電源或?qū)?PD 與鏈路斷開(kāi)了，PD 可能不再需要電力。PoE 無(wú)法弄清楚到底 PD 是與鏈路斷開(kāi)了還是“不需要”供電了，但最終結(jié)果都是一樣的，PSE 將不在為該端口提供電力。

除了檢測(cè)對(duì) PD 的供電以外，PSE 可能還會(huì)通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為“分類(lèi)”的程序試圖詢(xún)問(wèn) PD 還需要多少電力。雖然規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)此做出要求，但大多數(shù) PD 均提供了有用的分類(lèi)信息，大致將其分為：1/4、一半或滿功率運(yùn)行的設(shè)備。PSE 利用這一信息對(duì)其電源進(jìn)行高效分配。

在線纜的 PD 端，情況幾乎是一樣的。當(dāng) PD 檢測(cè)并輸入 2.7V～10.1V 電壓時(shí)，其必須與一個(gè) 25KΩ 的負(fù)載相連。如果 PD 的輸入范圍為 14.5V～20.5V，那么 PD 將與一個(gè)恒流負(fù)載相連，該負(fù)載會(huì)顯示出 PD 所消耗的電量。請(qǐng)注意，通過(guò)該電流負(fù)載報(bào)告分類(lèi)信息為可選項(xiàng)。但是，當(dāng)前市場(chǎng)上的每一款集成的 PD 芯片都支持該特性，且報(bào)告的信息都非常有用。一旦輸入端口的電壓范圍介于 36V～42V 之間，PD 電源將開(kāi)啟；輸入端的電壓回落至 36V～30V 時(shí)，PD 電源將關(guān)閉。與 PSE 不同，在 PD 中沒(méi)有跟隨狀態(tài)連續(xù)性的要求。PD 是一個(gè)純電壓驅(qū)動(dòng)型函數(shù)。

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師一定很關(guān)心以下問(wèn)題，如：浪涌保護(hù)、噪聲抗擾度以及輻射頻譜。但是，IEEE 規(guī)范不包括某些隔離要求，不能將它們和終端設(shè)備目標(biāo)市場(chǎng)的安全要求相混淆。這些要求大大超過(guò)了 IEEE PoE 規(guī)范的范圍，且其他規(guī)定和要求對(duì)此做了說(shuō)明。IEEE 規(guī)范不要求 PSE 滿足限功率電源的要求就是一個(gè)非常明顯的例外。

利用現(xiàn)有的集成電路，硬件設(shè)計(jì)人員擺脫了此處所述的 IEEE 規(guī)范所有細(xì)則的束縛。本文應(yīng)該提供了足夠的信息，以使設(shè)計(jì)人員對(duì)其實(shí)施的新型 PoE 技術(shù)應(yīng)用更加放心。